DE102015221266A1 - Energy conversion device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Energieumwandlungseinrichtung für eine Einrichtung, welche in zumindest einem Modus eine als Generatoreinheit (34) arbeitende Einheit aufweist, umfassend zumindest eine Energieableitungseinheit (38), die zum Ableiten zumindest eines Teils einer von der Generatoreinheit (34) erzeugten elektrischen Energie vorgesehen ist und zumindest eine Widerstandseinheit (40) aufweist. Um die Ableitung von Energie in die Widerstandseinheit zu verbessern wird vorgeschlagen, dass die Energieableitungseinheit (38) zumindest eine Steuereinheit (44) aufweist, die dazu vorgesehen ist, Betriebsmodi aus einer Menge von Betriebsmodi einzustellen, in welchen die Widerstandseinheit (40) jeweils einen unterschiedlichen Widerstandswert bereitstellt.The invention relates to an energy conversion device for a device, which in at least one mode has a unit operating as a generator unit (34), comprising at least one energy dissipation unit (38), which is provided for deriving at least a portion of an electrical energy generated by the generator unit (34) and at least one resistance unit (40). In order to improve the dissipation of energy into the resistance unit, it is proposed that the energy dissipation unit (38) has at least one control unit (44) which is provided to set operating modes out of a set of operating modes in which the resistance unit (40) each has a different one Provides resistance value.
Description
Die Erfindung betrifft eine Energieumwandlungseinrichtung für eine Einrichtung, welche in zumindest einem Modus eine als Generatoreinheit arbeitende Einheit aufweist, umfassend zumindest eine Energieableitungseinheit, die zum Ableiten zumindest eines Teils einer von der Generatoreinheit erzeugten elektrischen Energie vorgesehen ist und zumindest eine Widerstandseinheit aufweist. The invention relates to an energy conversion device for a device which has a unit operating as a generator unit in at least one mode, comprising at least one energy dissipation unit, which is provided for deriving at least a part of an electrical energy generated by the generator unit and has at least one resistance unit.
Es sind bereits Einrichtungen mit Antriebsmotoren bekannt, die in einem Bremsmodus die Funktion eines elektrischen Generators aufweisen. Die im Bremsmodus erzeugte Energie kann gespeichert oder in ein elektrisches Versorgungsnetz zurückgespeist werden. Reicht eine Speicher- und/oder eine Rückspeisekapazität nicht, ist bereits vorgeschlagen worden, zumindest einen Teil der erzeugten elektrischen Energie in eine Widerstandseinheit abzuleiten. Devices with drive motors are already known which have the function of an electric generator in a braking mode. The energy generated in the braking mode can be stored or fed back into an electrical supply network. If a storage capacity and / or a recovery capacity are insufficient, it has already been proposed to divert at least part of the generated electrical energy into a resistance unit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ableitung von Energie in die Widerstandseinheit zu verbessern. The invention has for its object to improve the dissipation of energy in the resistance unit.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Energieableitungseinheit zumindest eine Steuereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, Betriebsmodi aus einer Menge von Betriebsmodi einzustellen, in welchen die Widerstandseinheit jeweils einen unterschiedlichen Widerstandswert bereitstellt. Hierdurch kann eine vorteilhafte Flexibilität in Bezug auf ein zu erzeugendes Bremsmoment und/oder eine zu erzeugende Bremsleistung der Einrichtung erreicht werden. Insbesondere können zu diesen Größen vorteilhaft verschiedene Kennlinienabschnitte unterschiedlicher, jeweils einem Widerstandswert zugeordneter Kennlinien zur Bereitstellung eines optimierten Bremsverfahrens miteinander kombiniert werden, indem Betriebsmodi der Menge nacheinander aktiviert werden. Die Steuereinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, sukzessiv Betriebsmodi aus der Menge von Betriebsmodi einzustellen. Eine Reihenfolge, in welcher die Betriebsmodi nacheinander aktiviert werden, kann im Voraus festgelegt sein. Diese Reihenfolge kann insbesondere durch eine Folge absteigender oder aufsteigender Widerstandswerte bestimmt sein. For this purpose, it is proposed that the energy dissipation unit has at least one control unit which is provided to set operating modes from a set of operating modes in which the resistance unit in each case provides a different resistance value. In this way, an advantageous flexibility with respect to a braking torque to be generated and / or a braking power of the device to be generated can be achieved. In particular, different characteristic curve sections of different characteristic curves, each associated with a resistance value, can advantageously be combined with one another to provide an optimized braking method, by activating operating modes of the set one after the other. The control unit is in particular provided for successively setting operating modes from the set of operating modes. An order in which the operation modes are successively activated may be set in advance. This order can be determined in particular by a sequence of decreasing or increasing resistance values.
Die als Generatoreinheit arbeitende Einheit kann insbesondere zumindest einen Elektromotor umfassen, der in einem ersten Modus – auch Antriebsmodus genannt – zum Erzeugen eines Drehmoments, d.h. zur Umwandlung einer elektrischen Energie in einer mechanische Energie, vorgesehen ist, und in einem zweiten Modus – auch Bremsmodus genannt – ein Bremsmoment erzeugt und dabei als Generator eine mechanische Energie in eine elektrische Energie umwandelt. In particular, the unit operating as a generator unit may comprise at least one electric motor operating in a first mode, also called a drive mode, for generating a torque, i. for converting an electrical energy into a mechanical energy, is provided, and in a second mode - also called braking mode - generates a braking torque and thereby converts a mechanical energy into electrical energy as a generator.
Unter einer „Widerstandseinheit“ soll eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Widerstand im Fluss der abzuleitenden elektrischen Energie bereitzustellen. Sie dient insbesondere dazu, die über sie geführte elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. A "resistance unit" is to be understood as a unit which is provided to provide an electrical resistance in the flow of the electrical energy to be dissipated. In particular, it serves to convert the electrical energy passed through it into heat energy.
Die Energieumwandlungseinrichtung eignet sich für eine Einrichtung, bei welcher zumindest in einem Bremsmodus zumindest einen Teil der von der Generatoreinheit erzeugten elektrischen Energie – neben einer Ableitung in die Energieableitungseinheit – zu einer Energieaufnahmeeinheit geführt werden kann. Eine solche Energieaufnahmeeinheit kann insbesondere von einer Netzversorgung, an welche die Einrichtung angeschlossen ist, einer Energiespeichereinheit und/oder einer internen Energieversorgung der Einrichtung gebildet sein, die zur Versorgung elektrischer Verbraucher – auch Hilfsbetriebe genannt – vorgesehen ist. Die Energieumwandlungseinrichtung kann dabei vorteilhaft zur Unterstützung der Energieaufnahmeeinheit dienen, z.B. wenn eine Aufnahmekapazität dieser eingeschränkt ist und/oder nicht ausreicht. The energy conversion device is suitable for a device in which, at least in a braking mode, at least part of the electrical energy generated by the generator unit - in addition to a derivative in the energy dissipation unit - can be led to an energy absorption unit. Such an energy absorption unit can be formed in particular by a mains supply to which the device is connected, an energy storage unit and / or an internal energy supply of the device, which is provided for supplying electrical consumers - also called auxiliary plants. The energy conversion device can advantageously serve to support the energy absorption unit, e.g. if a recording capacity of these is limited and / or insufficient.
Ist die Einrichtung mit einer mechanischen Bremseinheit, insbesondere einer Reibungsbremse, ausgestattet, die in einem Bremsmodus zur Reduktion einer Drehzahl des Generators vorgesehen ist, dient die Energieumwandlungseinrichtung vorteilhafterweise dazu, ein gewünschtes Bremsmoment in zumindest einem Drehzahlbereich und im Zusammenwirken mit der Bremseinheit zu erzeugen. If the device is equipped with a mechanical brake unit, in particular a friction brake, which is provided in a braking mode for reducing a rotational speed of the generator, the energy conversion device advantageously serves to generate a desired braking torque in at least one rotational speed range and in cooperation with the brake unit.
Die Steuereinheit bewirkt ein Wechseln zwischen zwei Betriebsmodi der Menge von Betriebsmodi insbesondere in Abhängigkeit eines erfassten Parameters. The control unit effects a change between two operating modes of the set of operating modes, in particular as a function of a detected parameter.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Energieumwandlungseinrichtung eine Erfassungseinheit zur Erfassung wenigstens einer kinematischen Kenngröße der Einrichtung aufweist, wobei die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, Betriebsmodi aus der Menge von Betriebsmodi in Abhängigkeit der kinematischen Kenngröße einzustellen. Hierdurch kann eine weitestgehend automatische, an eine aktuelle Betriebssituation – insbesondere an einen aktuellen Wert der kinematischen Kenngröße – angepasste Optimierung der Energieableitung stattfinden. Die kinematische Kenngröße kann insbesondere eine lineare Geschwindigkeit, eine Rotationsgeschwindigkeit, eine Drehzahl und/oder eine für zumindest eine dieser Größen repräsentative Kenngröße sein, wie z.B. eine Spannungskenngröße oder eine Stromkenngröße. Ein Übergang von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus der Menge von Betriebsmodi oder umgekehrt wird von der Steuereinheit veranlasst, vorzugsweise wenn die kinematische Kenngröße oder eine aus dieser ermittelte Größe einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, d.h. unterschreitet oder überschreitet. In a preferred embodiment of the invention it is proposed that the energy conversion device has a detection unit for detecting at least one kinematic characteristic of the device, wherein the control unit is provided to set operating modes from the set of operating modes as a function of the kinematic characteristic. As a result, an optimization of the energy dissipation adapted to a current operating situation, in particular to a current value of the kinematic parameter, can take place as far as possible. In particular, the kinematic parameter may be a linear velocity, a rotational velocity, a rotational speed and / or a characteristic variable representative of at least one of these variables, such as a voltage characteristic or a current characteristic. A transition from a first operating mode to a second operating mode of the set of operating modes or vice versa is caused by the control unit, preferably when the kinematic Characteristic or a size determined from this reaches a predetermined threshold, ie falls below or exceeds.
Ferner eignet sich die vorgeschlagene Energieumwandlungseinrichtung insbesondere für eine Einrichtung, welche als Fahrzeug, insbesondere als Schienenfahrzeug ausgebildet ist. Sie kommt dabei insbesondere bei einem Bremsmodus des Fahrzeugs im Einsatz, wobei die Generatoreinheit von zumindest einem elektrischen Fahrmotor des Fahrzeugs gebildet ist. Die Widerstandseinheit entspricht hierbei insbesondere einer Bremswiderstandseinheit. Furthermore, the proposed energy conversion device is particularly suitable for a device which is designed as a vehicle, in particular as a rail vehicle. It comes in particular in a braking mode of the vehicle in use, wherein the generator unit is formed by at least one electric drive motor of the vehicle. The resistance unit in this case corresponds in particular to a brake resistor unit.
Durch eine geeignete Steuerung der Widerstandseinheit können die Bremseigenschaften des Fahrzeugs vorteilhaft verbessert werden. Insbesondere kann mit der Änderung des Widerstandwerts eine optimierte Kennlinie für die Bremswirkung, insbesondere für ein Bremsmoment und/oder eine Bremsleistung, eingestellt werden, sodass eine hohe Effizienz in der Bremsung des Fahrzeugs für ein breites Spektrum von Betriebssituationen, insbesondere ausgehend von hohen Geschwindigkeiten, erreicht werden kann. By suitable control of the resistance unit, the braking characteristics of the vehicle can advantageously be improved. In particular, with the change of the resistance value, an optimized characteristic curve for the braking effect, in particular for a braking torque and / or a braking power, can be set so that a high efficiency in the braking of the vehicle is achieved for a wide range of operating situations, in particular starting from high speeds can be.
Die Energieumwandlungseinrichtung kann vorteilhafterweise in zumindest einem Geschwindigkeitsbereich im Zusammenwirken mit einer mechanischen Bremseinheit, insbesondere einer Reibungsbremse des Fahrzeugs ein Bremsmoment erzeugen. The energy conversion device can advantageously generate a braking torque in at least one speed range in cooperation with a mechanical brake unit, in particular a friction brake of the vehicle.
Die von der Energieumwandlungseinrichtung im Bremsmodus umzuwandelnde mechanische Energie ist in der Ausführung der Einrichtung als Fahrzeug die kinetische Energie und ggf. zusätzlich eine potentielle Energie des Fahrzeugs. Mit der vorgeschlagenen Maßnahme kann eine hohe Sicherheit im Betrieb eines für hohe Geschwindigkeiten ausgelegten Schienenfahrzeugs erreicht werden. Unter einer „hohen Geschwindigkeit“ soll dabei insbesondere eine Geschwindigkeit von zumindest 300 km/h, bevorzugt von zumindest 350 km/h verstanden werden. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme können gegenüber herkömmlichen Lösungen auf eine sichere Art Bremsvorgänge ausgehend von solchen hohen Geschwindigkeiten ausgeführt werden. The mechanical energy to be converted by the energy conversion device in the braking mode is the kinetic energy in the design of the device as a vehicle and possibly also a potential energy of the vehicle. With the proposed measure, a high level of safety in the operation of a high-speed rail vehicle can be achieved. A "high speed" is to be understood in particular as meaning a speed of at least 300 km / h, preferably of at least 350 km / h. With the measure according to the invention, braking operations starting from such high speeds can be carried out in a safe way compared to conventional solutions.
Eine einfache, in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit optimierte Steuerung der Widerstandseinheit kann erreicht werden, wenn die kinematische Kenngröße für die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentativ ist. Durch die vorgeschlagene Maßnahme kann eine für den Hochgeschwindigkeitsbereich optimierte Bremswirkung auch in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich nahezu aufrechterhalten werden. Hierbei ist ein erster Betriebsmodus der Menge insbesondere dem Hochgeschwindigkeitsbereich zugeordnet, während ein zweiter Betriebsmodus der Menge insbesondere dem mittleren Geschwindigkeitsbereich zugeordnet ist. A simple, vehicle speed optimized control of the resistance unit can be achieved if the kinematic characteristic is representative of the vehicle speed. As a result of the proposed measure, a braking effect optimized for the high-speed range can also be almost maintained even in a medium speed range. In this case, a first operating mode is assigned to the quantity, in particular to the high-speed range, while a second operating mode is assigned to the quantity, in particular to the average speed range.
Ein „Hochgeschwindigkeitsbereich“ entspricht dabei insbesondere einer Geschwindigkeitspanne zwischen ca. 50% und 100% der maximalen Geschwindigkeit – bei einem für Hochgeschwindigkeiten ausgelegten Schienenfahrzeug z.B. der Spanne von ca. 175 km/h bis die maximale Geschwindigkeit, z.B. 350 km/h – und ein „mittlerer Geschwindigkeitsbereich“ entspricht insbesondere einer Spanne zwischen ca. 10% und ca. 50% der maximalen Geschwindigkeit – beim genannten Schienenfahrzeug der Spanne von ca. 40 km/h bis ca. 175 km/h. Die Aufteilung des Geschwindigkeitsspektrums im Hochgeschwindigkeitsbereich und mittleren Geschwindigkeitsbereich erfolgt insbesondere durch die Vorgabe eines Geschwindigkeitsschwellwerts, welcher sich vorzugweise in einer Spanne von ca. 10% oberhalb und unterhalb der Hälfte der maximalen Geschwindigkeit befindet. Unter der maximalen Geschwindigkeit soll insbesondere die maximale zugelassene Geschwindigkeit im Fahrgastbetrieb verstanden werden. In particular, a "high-speed range" corresponds to a speed range between approximately 50% and 100% of the maximum speed-for example, in a high-speed rail vehicle, e.g. the range of about 175 km / h until the maximum speed, e.g. 350 km / h - and a "medium speed range" corresponds in particular to a range between about 10% and about 50% of the maximum speed - in the said rail vehicle of the range of about 40 km / h to about 175 km / h. The division of the speed spectrum in the high-speed range and average speed range is carried out in particular by the specification of a speed threshold, which is preferably in a range of about 10% above and below half of the maximum speed. In particular, the maximum speed should be understood as the maximum permissible speed in passenger operation.
Durch ein Wechseln von einem ersten, für den Hochgeschwindigkeitsbereich optimierten Betriebsmodus in einen zweiten, für den mittleren Geschwindigkeitsbereich optimierten Betriebsmodus kann eine Kombination vorteilhafter Kennlinienabschnitte erreicht werden, die für diese Geschwindigkeitsbereiche gelten. By changing from a first operating mode optimized for the high-speed range into a second operating mode optimized for the medium-speed range, it is possible to achieve a combination of advantageous characteristic curve sections which apply to these speed ranges.
In diesem Zusammenhang kann eine vorteilhafte Kennlinie für ein Bremsmoment des Fahrzeugs erreicht werden, wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, bei einem Übergang zwischen einem Hochgeschwindigkeitsbereich in einen mittleren Geschwindigkeitsbereich von einem ersten Betriebsmodus der Menge in einen zweiten Betriebsmodus der Menge zur Verminderung des Widerstandswerts zu wechseln. Weist die Menge zwei Betriebsmodi auf, weist der Widerstandswert im zweiten Betriebsmodus besonders vorteilhaft zumindest 40% und maximal 60% des Widerstandswerts im ersten Betriebsmodus auf. Bevorzugt weist der Widerstandswert im zweiten Betriebsmodus einen Wert in einer Spanne von 5% unterhalb und oberhalb der Hälfte des Widerstandswerts im ersten Betriebsmodus auf. In this connection, an advantageous braking torque characteristic of the vehicle can be obtained when the control unit is arranged to change from a first mode of operation of the quantity to a second mode of operation of the amount for decreasing the resistance value at a transition from a high speed range to a middle speed range , If the quantity has two operating modes, the resistance value in the second operating mode particularly advantageously has at least 40% and at most 60% of the resistance value in the first operating mode. The resistance value in the second operating mode preferably has a value in a range of 5% below and above half of the resistance value in the first operating mode.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Widerstandseinheit in einer Leistungsversorgungseinheit angeordnet ist, welche – in einem Antriebsmodus der Einrichtung – die in einem Bremsmodus als Generatoreinheit arbeitende Einheit mit elektrischer Leistung versorgt. Hierdurch kann eine konstruktiv einfache, platzsparende Ausgestaltung erreicht werden. In addition, it is proposed that the resistance unit is arranged in a power supply unit which, in a drive mode of the device, supplies electrical power to the unit operating in a braking mode as a generator unit. This allows a structurally simple, space-saving design can be achieved.
Die Energieumwandlungseinrichtung weist vorteilhafterweise zumindest eine Stromrichtereinheit auf, die im eingebauten Zustand der Energieumwandlungseinrichtung leistungstechnisch zwischen der Generatoreinheit und der Widerstandseinheit geschaltet ist. Ein in den Betriebsmodi durch die Generatoreinheit erzeugter und in die Widerstandseinheit abgeleiteter Strom wird daher über die Stromrichtereinheit geführt. Die Stromrichtereinheit hat in einem Bremsmodus der Einrichtung typischerweise die Funktion eines Gleichrichters, welcher einen von der Generatoreinheit erzeugten Strom gleichrichtet. Das gleichrichtete Signal kann insbesondere in einen sogenannten Zwischenkreis gespeist werden. The energy conversion device advantageously has at least one power converter unit which, in the installed state of the energy conversion device, is connected in terms of power between the generator unit and the resistance unit. A generated in the operating modes by the generator unit and derived in the resistance unit current is therefore passed through the power converter unit. In a braking mode of the device, the power converter unit typically has the function of a rectifier, which rectifies a current generated by the generator unit. The rectified signal can be fed in particular into a so-called intermediate circuit.
In diesem Zusammenhang kann eine konstruktive einfache Ausführung erreicht werden, wenn die Widerstandseinheit an einen Zwischenkreis angeschlossen ist, welcher von der Stromrichtereinheit speisbar ist. Dabei ist die Widerstandseinheit zweckmäßigerweise im Zwischenkreis, insbesondere zwischen der positiven und der negativen Zwischenkreisschiene geschaltet. In this context, a constructive simple embodiment can be achieved if the resistance unit is connected to a DC link, which can be fed by the converter unit. In this case, the resistance unit is expediently connected in the intermediate circuit, in particular between the positive and the negative intermediate circuit rail.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Energieumwandlungseinrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, welche die Stromrichtereinheit derart steuert, dass der Betrieb dieser in den Betriebsmodi der Menge von Betriebsmodi zumindest eine Sperrung von Schaltventilen der Stromrichtereinheit umfasst. Eine effiziente, verlustarme Stromführung durch die Stromrichtereinheit kann hierdurch erfolgen. Insbesondere wird der Strom über Freilaufdioden geführt, die jeweils parallel zu einem Schaltventil geschaltet sind. In dieser Konfiguration nimmt die Stromrichtereinheit funktional die Form einer Diodenbrücke an. Unter einer „Sperrung“ eines Schaltventils soll insbesondere das Versetzen desselben in einen nichtleitenden Zustand für eine Zeitspanne, die länger als die Dauer eines Schaltzyklus der Stromrichtereinheit ist. Die Zeitspanne entspricht dabei vorzugsweise zumindest der Zeit, in welcher ein Betriebsmodus aus der Menge von Betriebsmodi ausgeführt wird. Alternatively or additionally, it is proposed that the energy conversion device has a control device which controls the power converter unit in such a way that the operation of these in the operating modes of the set of operating modes comprises at least one blocking of switching valves of the power converter unit. An efficient, low-loss power supply through the power converter unit can be done by this. In particular, the current is conducted via free-wheeling diodes which are each connected in parallel to a switching valve. In this configuration, the power converter unit functionally takes the form of a diode bridge. In particular, a "blocking" of a switching valve is intended to put it in a non-conducting state for a period of time which is longer than the duration of a switching cycle of the power converter unit. The period of time preferably corresponds at least to the time in which an operating mode is executed from the set of operating modes.
Zur Änderung des Widerstandswerts der Widerstandseinheit kann diese zumindest einen variablen, steuerbaren Widerstandswert aufweisen. Zum Erreichen einer konstruktiven einfachen Ausgestaltung der Energieableitungseinheit wird jedoch vorgeschlagen, dass die Widerstandseinheit einen Satz von Widerstandsmitteln und eine mit zumindest einem der Widerstandsmittel in Wirkverbindung stehende Schaltvorrichtung aufweist, wobei ein Wechseln zwischen Betriebsmodi der Menge von Betriebsmodi zumindest eine Betätigung der Schaltvorrichtung umfasst. Die Steuereinheit steht zweckmäßigerweise zur Betätigung der Schaltvorrichtung in Wirkverbindung mit dieser. Die Widerstandsmittel sind insbesondere als ohmsche Widerstände ausgebildet. To change the resistance value of the resistance unit, it may have at least one variable, controllable resistance value. To achieve a constructive simple embodiment of the energy dissipation unit, however, it is proposed that the resistance unit comprise a set of resistance means and a switching device operatively connected to at least one of the resistance means, wherein switching between operating modes of the set of operating modes comprises at least one actuation of the switching device. The control unit is expediently for actuating the switching device in operative connection with this. The resistance means are designed in particular as ohmic resistors.
Die vorgeschlagene Ausführung der Energieableitungseinheit basiert auf dem Einsatz einer einfachen Schaltungstopologie, die aufwandsarm und einfach zu steuern ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da ein zu Zulassungszwecken erforderlicher Nachweis einer sicheren Steuerung in dieser Topologie z.B. gegenüber einer speziellen Umrichtersteuerung einfacher zu erbringen ist. The proposed design of the energy dissipation unit is based on the use of a simple circuit topology, which is inexpensive and easy to control. This is particularly advantageous because a proof of safe control required for approval purposes in this topology e.g. compared to a special inverter control is easier to provide.
Für einen Wechsel zwischen zwei Betriebsmodi der Menge von Betriebsmodi oder umgekehrt kann die Schaltvorrichtung die Anzahl der aktiven Widerstandsmittel und/oder eine Schaltungstopologie bereits aktiver Widerstandsmittel ändern, z.B. indem eine Parallelschaltung in eine Reihenschaltung oder umgekehrt überführt wird. For a change between two modes of operation of the set of operating modes, or vice versa, the switching device may change the number of active resistance means and / or a circuit topology of already active resistance means, e.g. by converting a parallel circuit into a series circuit or vice versa.
Steht die Schaltvorrichtung mit sämtlichen Widerstandsmitteln in Wirkverbindung kann sie – in einem von den Betriebsmodi der Menge von Betriebsmodi unterschiedlichen Arbeitsmodus, insbesondere in einem Antriebsmodus der Einrichtung – sämtliche Widerstandsmittel deaktivieren. Beim Einstellen eines Betriebsmodus aus der Menge von Betriebsmodi aktiviert sie dann zumindest eines der Widerstandsmittel. If the switching device is in operative connection with all the resistance means, it can deactivate all resistance means in a working mode different from the operating modes of the set of operating modes, in particular in a drive mode of the device. When setting an operating mode from the set of operating modes, it then activates at least one of the resistance means.
In einer einfachen Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, mittels der Schaltvorrichtung beim Einstellen eines Betriebsmodus der Menge von Betriebsmodi eine parallele Schaltung von Widerstandsmitteln des Satzes zu aktivieren. Es kann hierbei beim Übergang in diesen Betriebsmodus eine einfache Reduktion des Widerstandswerts der Widerstandseinheit erreicht werden. Dabei kann eine Halbierung des Widerstandswerts besonders einfach erreicht werden, wenn parallel zu schaltende Widerstandsmittel einen identischen Widerstandswert aufweisen und ausgehend von einer Konfiguration in einem ersten Betriebsmodus mit einem aktiven Widerstandsmittel eine parallele Schaltung der Widerstandsmittel in einem zweiten Betriebsmodus aktiviert wird. In a simple embodiment of the invention, it is proposed that the control unit is provided to activate a parallel circuit of resistance means of the set by means of the switching device when setting an operating mode of the set of operating modes. In this case, a simple reduction of the resistance value of the resistance unit can be achieved during the transition to this operating mode. In this case, a halving of the resistance value can be achieved in a particularly simple manner if resistance means to be connected in parallel have an identical resistance value and, starting from a configuration in a first operating mode with an active resistance means, a parallel circuit of the resistance means is activated in a second operating mode.
Unter einem „aktiven“ Widerstandsmittel und einer „aktiven“ Schaltung soll ein Widerstandsmittel bzw. eine Schaltung verstanden werden, die derart an einen Stromkreis angeschlossen ist, dass es bzw. sie zur Wirkung der Energieableitungseinheit beiträgt. Anders formuliert ist ein aktives Widerstandsmittel bzw. eine aktive Schaltung in einem Zustand derart, dass zumindest ein Teil des von der Generatoreinheit erzeugten Stroms über das Widerstandsmittel bzw. die Schaltung fließt. Unter einem „Aktivieren“ soll ein Versetzen in den aktiven Zustand verstanden werden. An "active" resistance means and an "active" circuit should be understood to mean a resistance means or a circuit which is connected to a circuit in such a way that it contributes to the action of the energy dissipation unit. In other words, an active resistance means or an active circuit is in a state such that at least part of the current generated by the generator unit flows through the resistance means or the circuit. An "activate" is to be understood as being put into the active state.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus der Menge von Betriebsmodi mittels der Schaltvorrichtung ein erstes und ein zweites Widerstandsmittel abwechselnd zu aktivieren, wodurch ein thermische Belastung der Widerstandsmittel vorteilhaft vermindert werden kann. In an advantageous development of the invention, it is proposed that the control unit be provided in at least one Operating mode of the set of operating modes by means of the switching device to activate a first and a second resistance means alternately, whereby a thermal load of the resistance means can be advantageously reduced.
Außerdem geht die Erfindung von einem Verfahren zur Umwandlung einer in zumindest einem Modus von einer als Generatoreinheit arbeitenden Einheit einer Einrichtung erzeugten elektrischen Energie aus, bei welchem zumindest ein Teil einer von der Generatoreinheit erzeugten elektrischen Energie über eine Energieableitungseinheit abgeleitet wird und die Energieableitungseinheit zumindest eine Widerstandseinheit aufweist. In addition, the invention proceeds from a method for converting an electrical energy generated in at least one mode from a unit of equipment operating as a generator unit, in which at least part of an electrical energy generated by the generator unit is derived via a power dissipation unit and the energy dissipation unit at least one resistance unit having.
Es wird vorgeschlagen, dass ausgehend von einem ersten Betriebsmodus, in welchem die Widerstandseinheit einen ersten Widerstandswert bereitstellt, in einen weiteren Betriebsmodus umgeschaltet wird, in welchem die Widerstandseinheit einen weiteren, unterschiedlichen Widerstandswert bereitstellt. Der erste und der zweite Betriebsmodus gehören vorteilhafterweise zu einer Menge von Betriebsmodi, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, Betriebsmodi aus der Menge von Betriebsmodi einzustellen. It is proposed that, starting from a first operating mode in which the resistance unit provides a first resistance value, it is switched to a further operating mode in which the resistance unit provides a further, different resistance value. The first and second modes of operation advantageously belong to a set of modes of operation, wherein a controller is arranged to set modes of operation among the set of modes of operation.
Zu den vorteilhaften Wirkungen des vorgeschlagenen Verfahrens wird auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Energieumwandlungseinrichtung verwiesen. For the advantageous effects of the proposed method, reference is made to the comments on the energy conversion device according to the invention.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention will be explained. Show it:
Das Schienenfahrzeug
In einem Wechselspannungsbetrieb wird die von der Netzversorgung
Das Schienenfahrzeug
Die Leistungsversorgungseinheit
Die Leistungsversorgungseinheit
In einem Gleichspannungsbetrieb kann das Gleichspannungssignal der Netzversorgung direkt in den Zwischenkreis
Im Traktionsmodus des Schienenfahrzeugs
In einem Bremsmodus des Schienenfahrzeugs
In bestimmten Anwendungssituationen, in welchen eine Einspeisung der Energie in die Netzversorgung
Die Energieableitungseinheit
Die Energieableitungseinheit
Hierzu weist die Widerstandseinheit
Im ersten Betriebsmodus der Energieableitungseinheit
In den oben beschriebenen Betriebsmodi erfolgt eine Führung eines von einem Fahrmotor
Die Umschaltung zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus, d.h. insbesondere ein Zuschalten des zweiten Widerstandsmittels R2 bzw. R1 parallel zum ersten Widerstandsmittel R1 bzw. R2 erfolgt abhängig von einer kinematischen Kenngröße K des Schienenfahrzeugs
Die Betätigung der Schaltvorrichtung
Dies wird anhand der
Außerdem ist vorteilhaft, wenn im ersten Betriebsmodus, in welchem nur eines der Widerstandsmittel R1, R2 aktiv ist, Umschaltungen zwischen den Widerstandsmitteln R1 und R2 erfolgen. Diese von der Schaltvorrichtung
Die obige Beschreibung bezieht sich auf eine Ausführung, bei welcher die Menge von Betriebsmodi zwei Betriebsmodi aufweist. In einer Ausführungsvariante ist denkbar, dass mehr als zwei Betriebsmodi implementiert werden. Hierzu kann die Widerstandseinheit mehr als zwei Widerstandsmittel aufweisen. The above description refers to an embodiment in which the set of operating modes has two modes of operation. In one embodiment, it is conceivable that more than two operating modes are implemented. For this purpose, the resistance unit can have more than two resistance means.
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